本实验方案描述了一种整合策略,旨在基于网络药理学预测和代谢组学验证,探索余甘子对抗高脂血症的关键靶点和作用机制。
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本实验方案描述了一种整合策略,旨在基于网络药理学预测和代谢组学验证,探索余甘子对抗高脂血症的关键靶点和作用机制。
高脂血症已成为全球心血管疾病和肝损伤的主要危险因素。余甘子(Fructus Phyllanthi, FP)在中医和印度医学理论中是一种治疗高脂血症的有效药物,但其潜在作用机制仍需进一步探索。本研究旨在通过整合网络药理学预测与代谢组学验证的策略,揭示余甘子抗高脂血症的作用机制。通过评估血浆脂质水平(包括总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)和高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)),建立高脂饮食(HFD)诱导的小鼠模型。采用网络药理学方法筛选余甘子的活性成分及其抗高脂血症的潜在作用靶点。通过血浆和肝脏的代谢组学分析,鉴定正常组、模型组和干预组之间的差异代谢物及其相关通路。进一步构建网络药理学与代谢组学之间的关联,以全面解析余甘子对抗高脂血症的作用过程。通过分子对接验证所获得的关键靶蛋白。结果表明,余甘子可改善高脂饮食诱导的高脂血症小鼠的血浆脂质水平及肝损伤。余甘子中的没食子酸、槲皮素和β-谷固醇被确定为关键活性成分。代谢组学分析发现,血浆中有16种、肝脏中有6种潜在的差异代谢物参与了余甘子对抗高脂血症的治疗作用。进一步的整合分析表明,其干预作用与CYP1A1、AChE和MGAM相关,并涉及L-犬尿氨酸、皮质酮、乙酰胆碱和棉子糖的调节,主要富集于色氨酸代谢通路。分子对接结果证实,上述成分作用于高脂血症相关蛋白靶点,在降脂过程中发挥关键作用。综上所述,本研究为预防和治疗高脂血症提供了新的可能性。
高脂血症是一种对人类健康具有严重影响的常见代谢性疾病,也是心血管疾病的主要危险因素1。近年来,该疾病的发病年龄呈下降趋势,由于长期不规律的生活方式和不健康的饮食习惯,年轻人的患病风险日益增加2。临床上已采用多种药物治疗高脂血症,例如,他汀类药物是治疗高脂血症及相关动脉粥样硬化性疾病患者最常用的药物之一。然而,长期使用他汀类药物会产生不可忽视的副作用,可能导致预后不良,如不耐受、治疗抵抗和不良事件3,4。这些缺陷已成为高脂血症患者的额外负担。因此,亟需提出具有稳定降脂效果且副作用更少的新型治疗方法。
由于传统中药(TCM)疗效良好且副作用较少,已被广泛用于疾病治疗5。余甘子(Fructus Phyllanthi,FP)是大戟科植物余甘子 Phyllanthus emblica Linn. 的干燥果实,俗称余甘果或印度 gooseberry(印度醋栗),是传统中医和印度医学中著名的药食同源物质6,7。根据中医理论,该药材具有清热、凉血、助消化的功效8。现代药理学研究表明,余甘子富含没食子酸、鞣花酸和槲皮素等生物活性成分9,可通过抗氧化、抗炎、保肝、降血脂等多种作用机制发挥广泛的生物学功能10。近期研究还发现,余甘子可有效调节高脂血症患者的血脂水平。例如,Variya 等人11证实,余甘子果汁及其主要化学成分没食子酸能够降低血浆胆固醇水平,并减少肝脏和主动脉中的脂质浸润。其治疗作用与余甘子上调过氧化物酶体增殖物激活受体-α(PPAR-α)的表达以及抑制肝脏脂质生成活性有关。然而,由于余甘子所含生物活性成分种类繁多,其改善高脂血症的具体作用机制仍需进一步研究。本研究旨在探讨余甘子发挥治疗作用的潜在机制,以期为该药材的进一步开发与利用提供科学依据。
目前,网络药理学被认为是一种整体性且高效的手段,用于研究中药的治疗机制。该方法不再局限于寻找单一的致病基因或仅作用于单一靶点的药物,而是构建完整的“药物-成分-基因-疾病”网络,以揭示多成分药物在综合治疗中的多靶点作用机制12。这一技术特别适用于中药,因为中药的化学成分极为复杂。然而,网络药理学仅能从理论上预测化学成分所作用的靶点,还需观察疾病模型中的内源性代谢物变化,以验证网络药理学预测结果的有效性。代谢组学是伴随系统生物学发展而兴起的重要技术,可用于监测内源性代谢物的动态变化13。代谢物的变化反映了机体稳态的改变,也是研究内在作用机制的重要指标。已有研究人员成功将网络药理学与代谢组学相结合,用于探索药物与疾病之间的相互作用机制14,15。
本文通过整合网络药理学与代谢组学技术,探讨了防风(FP)对抗高脂血症的作用机制。采用网络药理学分析防风主要活性成分与高脂血症相关分子靶点之间的关系;随后通过代谢组学观察动物模型内源性代谢物的变化,从而在代谢水平上阐释药物作用机制。相较于单独应用网络药理学或代谢组学的方法,这种整合分析提供了更为具体和全面的研究视角。此外,采用分子对接策略分析了活性成分与关键蛋白之间的相互作用。总体而言,该整合方法能够弥补网络药理学缺乏实验验证的不足,以及代谢组学方法在内源性机制解析上的局限,适用于天然药物治疗机制的研究。本实验方案的主要流程图如图1所示。
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所有涉及动物操作的实验程序均按照成都中医药大学《实验动物护理与使用指南》进行,并经成都中医药大学机构伦理委员会批准(方案编号 2020-36)。本研究采用雄性 C57BL/6 小鼠(20 ± 2 g)。小鼠购自商业来源(见材料表)。
1. 基于网络药理学的预测
注意:网络药理学用于预测复方药物FP治疗高脂血症的活性成分及其关键靶点。
2. 实验设计
3. 代谢组学验证
注意:将血浆和肝脏代谢物的代谢组学分析数据导入Compound Discoverer软件,采用分子特征提取算法进行代谢特征提取。 参数设置如下:质量偏差为5 × 10⁻⁶;质量范围为100–1,500;信噪比(SNR)阈值为3;保留时间偏差为0.05。通过QC样本峰面积的相对标准偏差(RSD)评估代谢组学数据的稳定性和重复性。
4. 分子对接
5. 统计学分析
注意:使用 SPSS 统计软件(参见材料表)进行数据分析。将 p < 0.05 的结果视为具有统计学显著性。
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网络药理学
根据数据库和液相色谱-质谱(LC-MS)分析所获得的药代动力学和药效学特性,共筛选出18种FP中的潜在成分(总离子流色谱图见补充图1)。通过相关文献发现,没食子酸的含量远高于其他成分,且具有显著的降脂作用9,11。因此,该成分也被视为一种潜在的有效成分。最终共确定19种成分及134个与成分相关的靶点。全部19种成分列于表1中。为筛选出最具代表性的成分用于后续分析,将这些成分导入中医药分子机制生物信息学分析工具数据库(BATMAN-TCM;http://bionet.ncpsb.org/batman-tcm/)。根据“成分-靶点-通路-疾病”网络,鉴定出若干生物活性成分,如没食子酸、槲皮素和β-谷甾醇,被认为是FP中与高胆固醇血症和冠状动脉粥样硬化相关的关键成分(补充图2)。其中,没食子酸是研究最为广泛的酚酸之一,也是FP中主要的生物活性成分
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近年来,高脂血症的发病率不断上升,主要归因于长期不健康的饮食习惯。中药及其化学成分具有多种药理活性,近年来已得到广泛研究37,38。覆盆子(FP)是一种药食两用的果实资源,在治疗高脂血症方面具有重要的潜在价值。然而,FP抗高脂血症的潜在治疗机制仍需进一步研究。
网络药理学在分子水平上评估药物的多靶点药理作用,并预测天然产物与蛋白质之间的相互作用,以确定其主要作用机制39。第一步是筛选药物的活性成分和关键靶点。本研究共发现9种活性成分和62个核心基因。为进一步阐明茯苓(FP)对高脂血症的分子作用机制,基于网络药理学分析构建了蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络和成分-靶点网络。为缩小关键成分和靶点的范围,通过BATMAN-TCM方法筛选出三种与高胆固醇血症及冠状动脉粥样硬化相关的关键活性成分(没食子酸、槲皮素和β-谷固醇)。这些成分均具有降低低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)水平或升高高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平的...
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所有作者声明均无利益冲突。
本研究得到中医药养生康复产品开发与创新团队(2022C005)以及新业态跨界融合研究项目的资助 "健康维护与康复+".
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